Quantificação do volume do solo erodido na voçoroca 1Levantamento topográfico

A modelação digital do terreno (MDT), a partir da aquisição de dados por levantamento topográfico, tem o intuito de permitir uma análise ambiental mais prática e confiável do ponto de vista da engenharia, por representar, de forma mais fiel possível em escritório, as condições reais do terreno, permitindo ao gestor a previsão de suas diversas respostas a condições de alteração do meio ambiente.

As interações entre diversos MDT’s, permitidas através de relações booleanas de sistemas de informações geográficas (SIG), fornecem dados relevantes para estudos de engenharia como, por exemplo, perímetros, áreas e volumes, que anteriormente aos SIG’s eram de difícil aquisição.

O levantamento topográfico dos perfis da voçoroca consiste em determinar a relação dos desníveis e distâncias entre pontos notáveis que melhor representem os traços do desenho da erosão. A partir de um ponto, cujas coordenadas de latitude, longitude e altitude são conhecidas, é possível determinar a localização das três coordenadas para outro ponto qualquer no terreno, utilizando-se de dados de distância, ângulos azimutais e zenitais, e conceitos de trigonometria. O equipamento utilizado para as mensurações foi uma Estação Total da Leica, modelo TC 407, de precisão angular de 7'' e linear de 2mm+2ppm, garantindo melhor confiabilidade aos dados coletados. Pode-se comparar a Estação Total a um teodolito digital, que calcula as relações trigonométricas e as armazena diretamente num banco de dados interno ao aparelho, facilitando e agilizando o trabalho desenvolvido em campo e escritório.

Para a representação da voçoroca, foram determinadas quatro vertentes principais para a coleta dos pontos notáveis na vertical: as duas margens, esquerda e direita, em contato com o nível d’água (VIE e VID, respectivamente); e as duas margens superiores, esquerda e direita (VSE e VSD, respectivamente), na ruptura do talude em erosão com o resto do terreno (Figura 11). Em ocasiões específicas foram coletados pontos intermediários (pI) de forma a garantir a precisão final do desenho computacional.

A distribuição dos pontos notáveis coletados na horizontal para cada vertente, ou seja, que representam, na vista em planta, os limites da erosão linear, foi realizada de forma a representar estes limites com precisão, como demonstrado na Figura 12. Regiões lineares constantes permitem a alocação de pontos mais distantes sem perda relevante de informação no desenho final. Locais que apresentam curvatura dos limites estipulados exigem coleta de pontos mais próximos a fim de garantir estas informações.

Pontos de controle (pC), que caracterizam as feições do terreno original, foram distribuídos ao longo do terreno distante do processo erosivo em estudo.

No levantamento topográfico, de todos os pontos coletados, foi atribuído um sistema de localização arbitrário local (valores de latitude, longitude e altitude adotados), devido às distâncias de marcos geodésicos e de referências de nível, e adotado os procedimentos contidos na Norma Brasileira Revisada NBR 13.133 de 1994 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Após a coleta de dados, o georreferenciamento dos pontos coletados foi realizado com um GPS Leica Geosystems GS20, para a aquisição de valores de latitude e longitude no elipsóide WGS84 em pontos conhecidos da coleta.

Figura 11. Corte transversal da voçoroca com as vertentes superiores direita e esquerda (VSD/VSE), vertentes inferiores direita e esquerda (VID/VIE), pontos intermediários (pI) e pontos de controle (pC).

Figura 12. Corte longitudinal da voçoroca com alocação adequada dos pontos notáveis horizontais.

4.2.2.2Análise de consistência e tratamento de dados

Após a coleta de dados se faz necessário a análise de sua consistência, a fim de se eliminar ou corrigir dados anômalos ao observado em campo. Erros caracterizados como grosseiros podem ocorrer devido ao mau funcionamento do equipamento, desatenção do operador ou falhas não previstas, se tornando prudente a análise crítica da coerência das informações adquiridas.

Através da conexão do aparelho de medição a um computador com um cabo de porta serial, os dados foram extraídos do equipamento por meio do software Posição da Manfra & Cia Ltda. Este software, munido das informações coletadas em campo, realiza automaticamente os cálculos das relações trigonométricas inerentes a topografia, relação de "vante" e "ré" das estações e seus pontos irradiados, e o caminho percorrido pela poligonal adotada. O programa ainda disponibiliza os resultados em formato de tabela contendo, dentre outros, os valores referentes à latitude, longitude e altitude para cada ponto coletado, e em extensões compatíveis para leitura em softwares de desenho gráfico.

O software de desenhos gráficos de mapeamento adotado foi o AutoCAD Map 3D da Autodesk, devido a interface amigável de fácil compreensão, e compatibilidade dos arquivos gerados com o software de SIG adotado, ArcView 9.3 da ESRI.

Nesta etapa, foram atribuídos aos pontos as informações referentes ao seu georreferenciamento, deslocando e rotacionando o desenho para as coordenadas adotadas, e traçados os limites VSE, VSD, VIE, VID, e estradas com a função 3D Polyline, disponibilizada pelo software.

A função 3D Polyline cria linhas que adotam, em cada um de seus vértices, os valores de latitude, longitude e altitude associadas aos pontos ligados, de modo a representar o desenho resultante em três dimensões. Esta característica permite a subdivisão da linha resultante em vários pontos com a ferramenta Divide, aos quais são atribuídas as informações das três coordenadas através da interpolação linear dos seus vértices, gerando assim informações secundárias adicionais a análise.

Por fim, os dados tratados e gerroferenciados foram exportados em formato de extensão shape, compatível com o software ArcView 9.3.

4.2.2.3Cálculo do solo erodido

A aquisição e tratamento dos dados topográficos, referentes às feições do terreno erodido, fornecem a base de dados primários à análise e construção dos MDT's de caracterização volumétrica do terreno com e sem a presença da voçoroca. Os pontos caracterizados por latitude, longitude e altitude são alocados pelo software ArcView 9.3 em uma superfície segundo o geóide e o sistema de coordenadas adotados a fim de se realizar os cálculos de modelação fornecidos pelo programa.

A modelação adotada para elaboração do MDT foi o modelo por redes irregulares de triangulação - TIN (Triangulated Irregular Network), devido às irregularidades nítidas do

terreno em estudo e pelo seu amplo uso por sua eficiência em armazenar pontos de elevação irregularmente distribuídos. Em um TIN, os vértices descrevem feições nodais, como a ruptura de talude observadas em grandes erosões, enquanto que os lados representam feições lineares, como as paredes e o fundo plano da voçoroca.

No entanto, a utilização apenas dos dados primários, dados originais coletados em campo, para a modelação digital do terreno não se mostraram suficientes. No processo de interpolação linear utilizada pelo TIN, pontos mais próximos se mostram mais favoráveis a interagirem no processo de formulação dos triângulos enquanto que pontos distantes não se relacionam diretamente. Neste caso, em regiões lineares em que os pontos coletados estão distantes entre si e que deveria haver uma mudança brusca na angulação do terreno, caracterizado pelo início do talude da erosão, o modelo não realiza a triangulação corretamente, descaracterizando a feição real observada em campo. Deste modo, a fim de se garantir a modelação correta do terreno, foi feita a opção por realizar a inclusão de pontos secundários com a ferramenta Divide.

Este processo se torna viável devido à alocação estratégica dos pontos coletados em campo como mencionado anteriormente. É permitido assim, afirmar que os pontos secundários, criados a partir da interpolação linear, caracterizam a feição real do terreno e que portanto, podem ser utilizados no processo de modelação digital do terreno como dados confiáveis.

Desta forma, foram utilizados dados primários e secundários para a elaboração dos MDT's que caracterizam as feições do terreno original e erodido.

Para a modelagem do terreno erodido, com a presença da voçoroca, foram utilizados todos os dados coletados e gerados, caracterizando as condições atuais do terreno. Já para a modelagem da feição do terreno original, anterior ao processo erosivo linear, foram utilizados apenas os dados referentes aos pontos de controle, pC, e os dados referentes as vertentes superiores da erosão, VSD e VSE, desconsiderando a presença da erosão.

O cálculo do volume dos MDT's foi realizado pelo software ArcView 9.3, com a ferramenta Surface Volume, contido na pasta Functional Surface. Esta ferramenta calcula o volume contido abaixo de um plano fictício que corta o MDT em uma cota determinada pelo usuário. Neste caso foi adotada a cota referente ao ponto mais elevado do modelo.

A subtração entre os volumes obtidos para o MDT do terreno original e do terreno erodido, fornece o volume de solo perdido pelo processo erosivo e, consequentemente, transportado ao corpo d'água represado.

4.2.3Quantificação do volume do assoreamento no Ribeirão das Cruzes entre os